Wie Satellitenbilder zum Schutz unserer Küste beitragen können

Dieser Artikel wird im Rahmen des nächsten Wissenschaftsfestes veröffentlicht, das vom 2. bis 12. Oktober in der französischen Metropole und vom 6. bis 16. November auf Korsika im Ausland und international stattfindet und dessen Partner The Conversation France ist. . Auf der Website Fetedelascience.fr finden Sie alle Debatten und Veranstaltungen in Ihrer Region.


Die Erosion der französischen Küste ist eine wachsende Bedrohung für die Küstengemeinden. In der französischen Metropole gibt es 920 Kilometer erodierende Küste oder 20% der Küste der Metropole. Um die rasche Entwicklung der Erosion besser zu verstehen und die wachsende Nachfrage nach Wirkungsstudien lokaler Akteure zu befriedigen, verbessern wir unsere Instrumente zur Küstenüberwachung.

Gehe zum Feld

In den Küstenabteilungen befinden sich 700.000 Hektar unterhalb des Niveaus, das das Meer in extremen Perioden erreichen kann. Um “die Küste zu erhalten”, können die Behörden verschiedene Strategien mobilisieren, beispielsweise den Bau von Deichen. Dies geschieht in der Regel, nachdem lokale Akteure wie ein Verein, das Rathaus oder die Präfektur unterschiedliche Analysen und eine Einschätzung der Situation angefordert haben, für die Fachkenntnisse erforderlich sind.

Karte der Entwicklung der Küste in Authie Bay. Erosion ist nordöstlich der Bucht sichtbar und der Aufbau befindet sich direkt darunter.
Benoit Menuge, Autor zur Verfügung gestellt

Feldstudien umfassen beispielsweise Probenahmen, Bestandsaufnahmen von Flora und Fauna, Messungen der Topographie, der Korngröße und der Strömungen. Sie können durch die mangelnde Erreichbarkeit eines bestimmten Gebiets, durch Einschränkungen durch die Gezeiten oder sogar durch launisches Wetter eingeschränkt sein.

Darüber hinaus erfordern diese Analysen eine Datenverarbeitung, die je nach Protokoll, Anzahl der beteiligten Personen und Anzahl der entnommenen Proben oder durchgeführten Messungen mehr oder weniger Zeit in Anspruch nehmen kann. Infolgedessen kann der Preis einer Studienanfrage in Abhängigkeit von all diesen Parametern schnell steigen, was für Orte oder Verbände mit geringen Mitteln entmutigend sein kann.

Daher die Frage, neue Wege zu finden, um die Küste zu kennen und zu verstehen. Insbesondere erkläre ich hier, wie Satellitendaten verwendet werden können, um die logistischen und budgetären Probleme von Feldanalysen zu überwinden, und wie sie im Rahmen einer Verteidigungsstrategie Zeit bei der Entscheidungsfindung sparen können. gegen Erosion.

Vom Weltraum aus beobachten

Eine der vorgeschlagenen Lösungen ist die Verwendung von Satelliten – sie bieten die Möglichkeit, die Lücken und / oder die mangelnde Repräsentativität der vor Ort erhaltenen Daten zu schließen.

Seit dem Ende des XXe Jahrhundert und das Aufkommen von geografischen Informationssystemen untersuchen viele Forscher Naturphänomene anhand von Satellitendaten, zum Beispiel in meinem Bereich, der Verschiebung der Kanäle des Gelben Flussdeltas oder der Menge an Biomasse in der Bourgneuf Bucht, Frankreich.

Satelliten können mit Kameras verglichen werden, vorausgesetzt, sie erfassen zu einem bestimmten Zeitpunkt ein Bild. Wie das menschliche Auge erhält die „gewöhnliche“ Fotografie eine Komposition aus überlagerten roten, grünen und blauen Bildern. Satellitenbilder können neben sichtbaren Bereichen auch Bereiche im ultravioletten und im infraroten Bereich aufnehmen.

Viele Satellitenplattformen erfassen seit 1972 Daten. Während einige Daten gegen eine Gebühr zugänglich sind, können andere Bilder kostenlos bezogen werden, da sie aus öffentlichen Mitteln finanziert werden, beispielsweise Sentinel-2, ein Satellit, dessen Programm Copernicus wird von der Europäischen Union finanziert. Das Herunterladen für ein Satellitenbild dauert je nach Verbindung und Bildgröße etwa 5 bis 10 Minuten. Die Bildverarbeitung wird durchgeführt – Korrektur der Auswirkungen der Atmosphäre, Kalibrierung ua -, wenn die Daten nicht bereits verarbeiteten Benutzern zur Verfügung gestellt werden, was heute selten ist.

Die in den Satellitenbildern enthaltenen Farben geben Auskunft über den Zustand des Bodens

Die Daten bestehen aus einer Vielzahl von “Bändern”, um die Strahlung in den verschiedenen Wellenlängen des Lichtspektrums sichtbar zu machen. Für eine bestimmte Zone haben bestimmte Bänder mehr oder weniger wichtige Werte. Beispielsweise ist für das Infrarotband die Intensität umso geringer, je höher die Bodenfeuchtigkeit ist, da das Wasser die Infrarotstrahlung absorbiert, wodurch die Reflexion dieser Lichtstrahlen zum Satelliten verringert wird. Im Gegenteil, Vegetation reflektiert das Infrarot mehr als es absorbiert und zeigt daher eine größere Intensität für das Infrarotband.

Inventar der für die Sentinel-2-Sensoren vorgestellten Bänder und Darstellung von zwei verschiedenen Kombinationen von Bandanordnungen, die zu einer farbigen Zusammensetzung führen. Zum besseren Verständnis wurden die von den Aufnahmebändern aufgenommenen Bilder absichtlich eingefärbt.
Benoit Menuge, Autor zur Verfügung gestellt

Diese Beobachtung wird für jedes Band und für jede Entität geteilt. Je mehr Licht das Objekt bei einer bestimmten Wellenlänge absorbiert, desto weniger wird es reflektiert. Wenn diese Bänder in einem Diagramm zusammengesetzt werden, wird eine spektrale Signatur gefunden. Zum Beispiel hat die Vegetation Chlorophyll, das rotes Licht absorbiert – weshalb wir es grün sehen. Zusätzlich reflektiert sich die Vegetation stark im Infrarot. Wir erhalten ein Spektrum mit einer Abnahme von Rot und einem starken Rückprall im Infrarot. Ein weiteres Beispiel: Wasser absorbiert Infrarot und reflektiert Blau und Grün. Das Spektrum zeigt ein charakteristisches Signal, das eine Linie zeigt, die mit zunehmender Wellenlänge abnimmt (Rot entspricht langen Wellenlängen).

Authie Bay, ein Beispiel für eine Diagnose zwischen Feld und Satellit

Berck-sur-Mer liegt neben der Bucht von Authie in Hauts-de-France, wo die Erosion der Nordküste viele Häuser und historische Gebäude wie das Seekrankenhaus bedroht. Seit dem XIX. Wurden viele Wirkungsstudien durchgeführte Jahrhundert und Verteidigungsgebäude wurden gebaut: Deiche, Buhnen (Strukturen in der Nähe von Deichen senkrecht zur Küste), Riprap. Natürlich finden wir in Satellitenbildern, was auf dem Feld beobachtet wird: eine erodierende Zone und eine andere in „Akkumulation“, dh wo sich Sand und Schlick ansammeln.

1900 Ansicht des Seekrankenhauses Berck-Plage, erbaut von 1867 bis 1869 nach den Plänen der Architektin Émile Lavezzari.
L. Courtoisnon, alte Postkarte

Die Hypothese wäre, dass bei steigender Flut der begleitende Strom das Gebiet erodiert und der transportierte Sand weiter in dem sich ansammelnden Gebiet abgelagert wird. Um diese Hypothese vor Ort zu überprüfen, müsste bei Ebbe ein Team vor Ort entsandt werden, um etwa alle 10 Meter von Nord nach Süd und von West nach Ost Sedimente zu sammeln. Dies stellt eine signifikante Sammelzeit dar und die Analyse der durchschnittlichen Korngröße, der “Korngröße”, dauert zusätzlich etwa 4 Minuten pro Probe. Das Ziel nach der Sammlung ist es, den Transport des Sediments zu bestimmen. Dieses Protokoll sollte so oft wie nötig wiederholt werden, um eine repräsentative Darstellung des Transports innerhalb dieser Zonen zu gewährleisten.

Hier kommen Satellitenbilder ins Spiel. Nach dem Herunterladen wird ein Algorithmus auf das Bild angewendet, um eine Karte der Partikelgrößeneigenschaften zur Bestimmung des Sedimenttransports zu erhalten. Das Ergebnis wird in etwa zehn Minuten pro Bild erhalten.

Hier ist unter anderem ein Beispiel, um die Integration von Satellitenbildern in Wirkungsstudien zu veranschaulichen. Die Vorteile sind die Möglichkeit, eine Studie durchzuführen, in der frühere Daten integriert werden, da die Satellitenerfassungen seit 1972 in “Rechenzentren” ohne Speicherbeschränkungen gespeichert werden, und eine erhebliche Zeitersparnis. Die Reproduzierbarkeit und Geschwindigkeit dieses Tools würde somit zu der Möglichkeit führen, Entscheidungen schneller zu informieren und daher die eingeführten Strategien kontinuierlich und mit reduzierten Kosten zu überprüfen.

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